信息化技术在模块化施工设计中的 建模及应用

摘要：随着建筑行业的发展，建筑业呈现出规模扩大、数量增加、类型复杂的趋势，而在施工项目管理中，如何提高施工效率和质量是项目管理的重点和难点。目前，传统的施工设计主要由现场的设计人员进行，由于其专业知识有限，难以对复杂的施工方案进行有效的设计优化，进而影响施工进度、质量、安全和成本。因此，在工程项目管理过程中引入信息化技术，能够有效提高工程项目管理水平和效率。

关键词：信息化技术；模块化施工；BIM建模；应用

一、前言

随着我国经济的不断发展，我国建筑行业的发展也得到了迅速提高，而模块化施工设计作为建筑行业发展中的一项重要技术，对于建筑工程的质量以及效率都有着非常重要的作用。模块化施工设计是将建筑工程中需要进行改造和升级的部分按照模块进行划分，然后在此基础上按照相关标准对这些模块进行一定程度的改造和升级，从而能够满足人们生活和工作的要求。BIM技术是一种建筑信息模型，可以实现建筑工程设计、施工、运维等全生命周期的可视化、协同化管理。在 BIM技术的基础上，施工企业可以将 BIM技术与信息化技术相结合，建立标准化的设计流程和管理平台，从而促进施工企业数字化转型。

二、BIM技术的应用优势

BIM技术的应用能够使建筑信息模型在整个设计阶段得到集成、共享，并且与建筑设计软件相结合，实现对工程信息的自动提取，见表1。在施工阶段，利用 BIM技术对建筑工程施工过程中的各项工作进行模拟和分析，通过对施工过程中各种资源、信息等进行有效管理和协调，为施工现场人员提供了统一的工作平台，使各施工人员能够更加高效地进行工作。同时，利用 BIM技术的可视化建模优势，能有效避免因不同专业之间信息不共享而产生的错误和冲突问题，提高了工作效率。

传统施工设计主要由现场的设计人员进行，因其专业知识有限，难以对复杂的施工方案进行有效的设计优化，进而影响施工进度、质量、安全和成本。随着信息化技术的快速发展， BIM技术在施工设计中的应用越来越广泛。此外，通过建立 BIM模型，在施工阶段对工程项目的各项设计参数进行有效控制和调整，从而提高设计精度和质量[1]。

三、模块化施工设计的概念

模块化施工设计是一种应用于建筑工程领域的技术，主要是通过对建筑结构进行模块化划分，在满足项目施工要求的前提下，对项目进行优化设计，以减少施工难度、提高施工效率。模块化施工设计的优点主要表现在以下几个方面：第一，模块化设计减少了现场焊接、搬运等环节，有效地控制了材料损耗率；第二，模块化设计能够有效缩短施工工期，提高工程质量；第三，模块化施工设计能实现资源共享，优化资源配置；第四，模块化施工设计有利于项目管理规范化、科学化。

通过对建筑工程模块化施工设计的分析，可以得知该技术具有以下优点：第一，模块化施工设计具有较高的灵活性和可扩展性；第二，模块化施工设计可以有效减少工程项目在施工过程中产生的浪费和损耗。

四、模块化施工设计在 BIM技术支持下的建模和应用

BIM技术的应用不仅可以减少现场施工技术人员的工作压力，也可以提高现场施工效率。将 BIM技术运用到施工设计中，不仅可以提高项目管理的效率和质量，还能进一步优化设计方案。目前 BIM技术已经在实际工程项目中得到了广泛的应用。例如，在医院、学校等公共建筑中，运用 BIM技术对建筑设计进行优化，能够进一步提高医院、学校等公共建筑的质量和水平。在实际的项目管理过程中，需要运用 BIM软件建立模块化施工设计模型，从而实现对模块化施工设计模型进行方案优化，进而提高项目管理水平和效率。运用 BIM软件建立了模块化施工设计模型，如图2所示，并进行了方案优化。

五、实施效果

第一，通过采用信息化技术，对模块化施工设计模型进行优化，实现了在施工阶段对复杂节点的精细化设计，能够在保证建筑品质的同时减少施工资源浪费，节约工程造价。

第二，通过信息集成平台的应用，将项目各阶段的信息进行集成管理，实现项目的全生命周期管理。同时，利用三维技术可以对项目质量、进度、成本等进行动态控制，及时发现并解决存在的问题。

第三，通过 BIM技术应用实现了设计、施工、运营等阶段信息的集成，实现了设计与施工、运营之间的联动，对整个建筑项目进行了动态管理。

第四，在 BIM技术应用过程中，设计人员与施工人员可以实时沟通，协同工作。同时，利用 BIM技术可以进行施工模拟及碰撞检查，对设计方案进行优化调整，减少不必要的损失和浪费。此外，对设计图纸、施工图纸进行协同管理，减少设计与施工之间出现的错误和疏漏。

六、项目的基本概念

（一）设计要求

为了提高施工质量和效率，要保证设计的合理性和科学性，从而能够满足未来的施工要求。在进行模块化施工设计时，首先要考虑到建筑的整体美观性，还要将建筑的功能以及性能充分地体现出来。其次要保证模块之间能够完美连接，并且还要保证连接点的位置比较合理，从而保证模块之间不会发生碰撞，还要对模块之间的设计标准进行合理确定。另外，对建筑中的设备管道进行合理规划和布局。在对设计内容进行完善时，首先要对整体结构进行分析和研究，然后再根据实际情况来确定模块之间的连接方式以及管道布局等。

（二）设计原则

该项目在进行施工设计时，要遵循以下原则：一是按照国家的相关标准以及工程项目的特点，对设计方案进行严格的筛选和审查，从而保证施工设计的质量和安全；二是在进行模块化施工设计时，要遵循标准化、通用化原则，从而保证模块可以快速组装、拆卸、运输，并且能够重复使用；三是在对模块进行组合时，要根据实际情况进行合理选择和确定；四是在对模块进行组装时，要尽可能地减少施工过程中的人工干预和操作难度，从而减少施工成本；五是要根据施工要求和项目特点选择相应的设计方案，并严格按照设计方案来进行施工；六是要选择有资质和经验的专业队伍进行模块化施工设计。七是在对模块进行组合时，要采用先进的计算机技术以及现代化的管理方法[2]。

（三）设计方法

模块化施工设计方法是一种比较科学的方法，主要有以下几个步骤：首先，将设计对象分解成一个个独立的模块，并对这些模块进行优化和组合；其次，将这些模块按照一定的标准进行组合，并形成一个整体；最后，通过一定的软件对这些模块进行分析和模拟，从而能够保证这些模块满足整个工程项目的要求。模块化施工设计方法可以将设计对象分解成一个个独立的模块，并对这些模块进行优化和组合，从而能够保证整个工程项目满足各种不同需求。这种设计方法具有很多优势：首先能够避免传统施工设计中出现的错误；其次可以加快施工速度。

七、模块化施工设计的特点与难点

（一）设计及施工难度大

由于模块化施工设计涉及的范围非常广泛，并且模块化施工设计也涉及了很多不同专业的内容，所以在设计过程中要对各个专业的内容进行综合考虑，然后在此基础上再根据实际情况进行合理布局。同时，由于模块化施工设计是将不同专业的内容进行综合考虑，所以在实际施工过程中会遇到很多不同的问题。因此在设计和施工过程中难度非常大，是模块化施工设计中需要重点解决的问题。由于建筑工程中涉及的专业种类比较多，并且各个专业之间存在着非常大的差异性，所以在设计过程中需要对不同专业之间相互协调和配合。此外，由于建筑工程中涉及的项目非常多，并且各个项目之间所需要进行改造和升级部分也不尽相同，所以在实际施工过程中会遇到很多不同的问题。因此，在模块化施工设计中还需要考虑各个不同项目之间相互协调和配合的问题[3]。

（二）设计工期长、成本高

首先，模块化施工设计的一个重要特点就是需要较长时间才能完成设计工作。由于实际设计工期比较长，并且在设计过程中会出现许多不同的问题，这些问题都需要采用一定的手段来解决。通常情况下，一个建筑物在进行模块化施工设计时需要花费较长时间，主要原因在于建筑工程中模块的生产和制作需要的时间比较长。例如，在进行房屋建筑工程时，由于施工面积比较大，因此在进行模块的生产和制作时所需要的时间也比较长。此外，在对建筑工程进行模块化施工设计时需要将不同结构之间的连接进行合理布局。因此，还需要对建筑物内部进行一定程度的改造。这些工作都会导致整个建筑工程需要花费较长时间。

其次，在设计过程中存在着成本高的问题。由于在进行模块化施工设计时所使用的技术比较复杂，因此，在设计过程中会涉及许多不同领域、不同专业。如果想要对这些模块进行有效组合，就需要对模块之间所存在的各种连接进行充分考虑。在实际施工过程中，如果要对这些模块进行合理组合的话，就需要各个专业之间相互协调配合起来。由于各个专业所需要使用的技术以及材料都存在着一定差异性，因此，在实际施工过程中还会出现各种不同问题。

（三）与其他专业协调配合困难

在模块化施工设计过程中，要对建筑物中各个部分进行合理规划和布局。模块化施工设计过程是一个比较复杂的过程，因此需要涉及多个专业的协调配合。除此之外，模块化施工设计还需要与建筑材料等其他方面进行协调配合。在模块化施工设计过程中，由于各个专业之间的配合主要是通过协调来完成的，在实际施工过程中会涉及许多不同专业的配合。例如，在建筑工程施工过程中需要对原有结构进行改造和升级，需要对原有结构进行一定程度的加固、一定程度的重新铺设、一定程度的改建、一定程度的扩建。因此，模块化施工设计具有一定的难度，需要相关人员具有较高的专业水平。为了提高模块化施工设计工作效率和质量，相关人员要加强对专业水平的重视度[4]。

（四）构件装配过程中出现错误

在装配式施工过程中，构件的装配顺序对于构件的质量影响很大。然而，由于现场工人对于构件的装配顺序不熟悉，往往会出现装配顺序错误的现象，不仅会导致构件之间出现相互碰撞，还会导致构件间的缝隙过大，进而导致构件无法进行正常施工。为了避免这种现象的发生，应当对构件进行合理规划，同时，还需要在施工现场进行监控，对各个工序进行监督管理。在施工现场应当根据施工进度制定相应的吊装计划，并根据实际情况对计划进行调整。在该工程中由于所采用的模块较为复杂，因此，在制定吊装计划时需要考虑到这一因素。此外，还应当根据实际情况对吊装计划进行调整和完善，包括模块的高度、宽度等[5]，确保吊装工作顺利完成。

八、信息化管理平台的建立

该项目信息化管理平台的建设内容包括项目数据管理、工作流管理、计划与任务管理、文件管理、图纸与资料管理、模块化施工设计信息管理。

第一，项目数据管理模块实现了项目基本数据的维护，包括工程进度、计划和任务，并将各参建单位的任务数据导入系统中，方便现场查看。

第二，工作流管理模块实现了各参建单位之间的信息交流与共享，包括各参建单位间的设计信息、施工计划及任务分配等。

第三，计划与任务管理模块实现了项目计划的制定和执行，包括各参建单位间的工作计划，以及进度安排与落实情况。

第四，图纸及资料管理模块实现了对设计图纸及资料的编辑、存储、查询和下载等功能，保证了图纸及资料的规范性和完整性。

第五，模块化施工设计信息管理模块实现了对项目模块化施工设计标准模型的创建、修改和更新，并可根据需要进行模块化施工设计标准模型的修改和更新。

九、辅助工具的开发

（一）设计信息采集

在模块化施工设计中，由于施工图纸和标准模型的数字化程度不高，现场管理人员只能依靠图纸和标准模型进行工程量统计。对于一些重要信息，如设计图纸、节点编号、材料用量等，现场管理人员很难及时获取。利用辅助工具可以完成设计信息采集、工程量统计及工艺模拟等工作。

（二）工艺模拟

现场管理人员在利用 BIM软件对模块化施工设计标准模型进行碰撞检测时，经常会遇到一些复杂节点或复杂设备。利用辅助工具可以实现对这些节点的模拟，并自动生成相应的碰撞报告，大大提高了效率。

（三）图纸优化

基于 BIM技术的模块化施工设计可以实现对标准模型的优化。通过将构件编号、材料用量、施工方法等信息嵌入BIM模型，使其成为标准模型的一部分。利用该平台，现场管理人员可以快速实现对标准模型的修改和更新。

（四）构件信息查询

在构件加工过程中，施工人员需要根据设计图纸、相关规范和标准进行构件信息查询，以确保其加工过程的规范性和合理性。

十、结语

近年来，随着我国建筑行业的快速发展，对于建筑施工设计的要求也在不断提高，而模块化施工设计作为建筑施工中重要的一项施工技术，具有良好的应用价值和发展前景。BIM技术作为一种高效的信息化技术，已经成为现代建筑行业中不可或缺的一部分。在工程项目管理过程中，将 BIM技术与信息化技术相结合，充分发挥两者各自的优势，从而达到提升工程项目管理水平的目的。本文对BIM技术与信息化技术在施工设计中建模及应用进行了分析和研究，通过对模块化施工设计模型进行方案优化，进一步提高了工程项目管理水平和效率。今后应结合实际情况，进一步对信息化技术在施工设计中建模及应用进行研究和优化，以更好地满足项目管理的需求。

参考文献

[1]吕凤君，王鹏.模块化建造：信息技术在建筑领域中的应用[J].中国科技信息，2018（04）：26-34.

[2]周云燕.基于 BIM技术的大型公共建筑工程项目施工进度计划管理[J].建筑经济与管理，2018（01）：27-29.

[3]王晓雯.信息化技术在模块化施工设计中的建模及应用[J].石油化工建设，2023，45（Z1）：40-42.

[4]宋德忠，刘卫东，孔文柯.模块化施工技术的发展[J].石油化工建设，2023，45（01）：25-29+40.

[5]陆友平.模块化施工在建筑工程中的应用[J].中国建筑装饰装修，2023（14）：165-167.

作者单位：新疆哈密吐哈石油基地数智技术公司软件运维中心

■ 责任编辑：张津平、尚丹